Pourquoi n’y a-t-il pas de « super-Terre » dans notre système solaire ?

janvier 31, 2022

Dans l’exploration de l’univers, les astronomes ont identifié de nombreuses planètes rocheuses beaucoup plus massives que la Terre, les « super-Terres ». Lors de la formation d’un système solaire, le soleil est entouré d’anneaux composés de bandes de poussière et de gaz qui jouent un rôle dans la formation de super-Terres mais qui restent sans équivalent dans notre système solaire.

Capture par le Atacama Large Millimeter/submillimeter Array montrant une séries d’anneaux autour de l’étoile HD163296. (Crédit: Andrea Isella/Rice University)

Dans le processus de la formation d’une nouvelle étoile, sa gravité commence à affecter les nuages de poussière et de gaz à proximité. Les particules s’agrègent et forment des anneaux autour de l’étoile, une sorte de disque protoplanétaire. Avec le temps, les particules se transforment en astéroïdes, comètes et planètes, voire des super-Terres en orbite, comme c’est le cas d’environ 30% des étoiles semblables à notre soleil ^2,3.

Une collaboration entre des scientifiques de l’Université de Rice à Houston, de l’Université de Bordeaux, du Southwest Research Institute à Boulder et du Max Planck Institute en Allemagne a tenté d’expliquer la raison de cet effet en modélisant notre système solaire avec un supercalculateur. Leurs résultats indiquent que la formation précoce d’anneaux autour du soleil avaient eu un impact sur la taille des planètes formées par la suite. Ce travail est paru dans la revue Nature Astronomy fin décembre 2021 ²¹.

Afin de comprendre ce qui différencie notre système solaire des autres, les scientifiques se sont appuyés sur les dernières recherches dans leur modèle afin de reproduire un système semblable au notre en prenant en compte entre autre la ceinture d’astéroïde entre Mars et Jupiter ⁴, des orbites stables pour les planètes intérieures (Terre, Mars, Venus et Mercure) ⁵, une masse précise pour Mars ⁶ -qui est souvent surestimée- et la ceinture de Kuiper qui se trouve au-delà de Neptune ⁷.

Une précision a néanmoins été ajoutée aux simulations : les « bosses de pression » ⁸. Lorsqu’une étoile naît, sa gravité agit sur le disque protoplanétaire, attirant la matière vers l’intérieur. Ces variations induisent des bosses de pression dans les zones où elles libèrent des volumes de gaz importants. Selon les théories émises, c’est peut-être ce qui a divisé notre disque de poussière et de gaz en anneaux distincts qui ont empêché la formation de « super-Terres ». Notre système se serait formé suite à trois bosses de pression qui se seraient produites au niveau de trois anneaux planétésimaux distincts, des objets de 100 kilomètres de diamètre, qui donnent naissance aux planètes. Un premier anneau se serait formé en tant que lignes de sublimation du silicate; de l’eau pour le second anneau et de monoxyde de carbone pour le troisième, plus éloigné. D’un côté de chaque anneau, la matière est solide et de l’autre côté, elle est gazeuse. C’est ce qui aurait alimenté les planètes intérieures en matière comme la Terre.

Ces hypothèses ne sont pas suffisantes pour expliquer tous les mécanismes à l’origine de la formation de notre système solaire. Pour mieux comprendre son histoire, il faudrait observer beaucoup d’autres systèmes similaires. Actuellement, la plupart des jeunes étoiles sont entourées de nuages de gaz qui font écran à l’observation par des télescopes comme Hubble. Cependant, le télescope spatial James Webb nouvellement lancé fonctionne dans l’infrarouge moyen lui permettant de réaliser des images à travers de telles barrières ⁹.

Rédactrice :

Lynda Amichi, attachée adjointe pour la science et la technologie, Houston

Références :

Planetesimal rings as the cause of the Solar System’s planetary architecture | Nature Astronomy. https://www.nature.com/articles/s41550-021-01557-z.
Earth isn’t ‘super’ because the sun had rings before planets. Rice News | News and Media Relations | Rice University https://news.rice.edu/news/2022/earth-isnt-super-because-sun-had-rings-planets.
Super-Earth | Planet Types. Exoplanet Exploration: Planets Beyond our Solar System https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/planet-types/super-earth.
In Depth | Asteroids. NASA Solar System Exploration https://solarsystem.nasa.gov/asteroids-comets-and-meteors/asteroids/in-depth.
Is the Solar System Stable? – Ideas | Institute for Advanced Study. https://www.ias.edu/ideas/2011/tremaine-solar-system (2011).
In Depth | Mars – NASA Solar System Exploration. https://solarsystem.nasa.gov/planets/mars/in-depth/.
Kuiper Belt. NASA Solar System Exploration https://solarsystem.nasa.gov/solar-system/kuiper-belt/overview.
Izidoro, A., Bitsch, B. & Dasgupta, R. The effect of a strong pressure bump in the Sun’s natal disk: Terrestrial planet formation via planetesimal accretion rather than pebble accretion. Astrophys. J. 915, 62 (2021).
James Webb, un télescope pour observer les trous noirs – France-Science. https://fscience-old.originis.fr/james-webb-un-telescope-pour-observer-les-trous-noirs/.